Experimentelle Apparatur zur Messung der mechanischen Eigenschaften kolloidaler Monolagen

• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459588886

Kolloidale Monolagen, das heißt zwei-dimensionale Anordnungen mikroskopischer Teilchen, sind ein faszinierendes Modellsystem zur Nachahmung komplexer atomarer Strukturen inklusive polykristallinen und glasartigen Phasen. Im Gegensatz zu Atomen bieten Mikropartikel den besonderen Vorteil leicht beobachtbar und deformierbar zu sein. Hiermit beantragen wir finanzielle Mittel für einen experimentellen Aufbau, der es ermöglichen soll die mechanischen Eigenschaften von kolloidalen Monolagen zu messen und mit der Bewegung individueller Teilchen in Bezug zu setzen. Monolagen werden an flachen flüssig/flüssig-Grenzflächen präpariert um sich die hohen Adsorptionsenergien zunutze zu machen und sicherzustellen, dass die Teilchenbewegung in zwei Dimensionen eingeschränkt ist. Wir werden die Antwort auf neuartige mechanische Deformationen und Scherraten über einen Bereich von mehr als zwölf Größenordnungen untersuchen.Das erste Hauptziel des Projekts (O1) besteht darin Einblicke in die Physik von Einschlagsevents in kolloidale Zielstrukturen, bei den der Impulsübertrag wichtig ist, zu erhalten. Bisher können Impulse nicht durch elastische Kollisionen zwischen den Mikroteilchen übertragen werden, da die Trägheit kolloider Systeme vernachlässigbar ist. Hier werden wir die Laserablation nutzen um Kolloide mit noch nie da gewesenen Geschwindigkeiten in Bewegung zu versetzen und die Ausbreitung des Einschlags in dichten Mikrostrukturen zu untersuchen. Das zweite Hauptziel (O2) ist die Untersuchung der strukturellen Entwicklung kolloidaler Monolagen unter Einwirkung von rheometrischem Fluss auf der Einzelpartikelebene. Die klassische Rheologie arbeitet in drei Dimensionen and kann deshalb nur beschränkt Einblicke in die Einzelpartikel-Dynamik liefern. Wir werden uns auf Grenzflächen mit Brown’schen und aktiven Partikeln fokussieren um die rheologische Antwort synthetischer, aktiver Materialien aufzuklären.Um die oben genannten Deformationen und die simultane Abbildung der Bewegung individueller Mikroteilchen zu gewährleisten, wird der beantragte Aufbau die folgenden Komponenten enthalten: Ein Langmuir-Kompressionssystem, einen magnetischen Grenzflächenrührer, eine Hochgeschwindigkeitskamera, eine gepulste Laserlichtquelle und einen räumlichen optischen Modulator. Weiterhin beantragen wir ein System zur physikalischen Gasphasenabscheidung um die gewünschten kolloidalen Partikel herstellen zu können. Der beantragte experimentelle Aufbau soll außerdem für interne Kooperationen zur Verfügung stehen, die auf das Verständnis der mechanischen Antwort binärer Mischungen weicher und harter Kolloide sowie auf die stimulierte Sedimentation kolloidaler Gläser abzielen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Experimentelle Apparatur zur Messung der mechanischen Eigenschaften kolloidaler Monolagen
• Gerätegruppe: 1610 Viskosimeter, Rheometer
• Antragstellende Institution: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
• Leiter: Professor Dr. Ivo Buttinoni